Question

16．碳酸氢铵是一种常见的氮肥，某班同学为测定某碳酸氢铵化肥中氮元素的质量分数，设计了如下几种实验方案，请你跟他们一起参加探究．
资料：1．碳酸氢铵易溶于水，在空气中极易吸收水蒸气．
2．碳酸氢铵与硫酸反应的化学方程式：2NH₄HCO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
3．碳酸氢铵化肥含氮量的国家标准是：一级品含氮量≥17.10%，二级品含氮量≥16.80%．
4．碳酸氢铵化肥中所含杂质不含氮元素，也不与稀硫酸反应
方案甲：取样10.0克，用如下装置进行实验，测量C装置在反应前后增加的质量（氨气能与硫酸反应）：

（1）A装置中发生反应的化学方程式为NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+CO₂↑+H₂O．
（2）B装置的作用是吸收生成的二氧化碳和水．
（3）该组同学用以上装置测出的氮元素含量明显偏大，可能的原因是B．
A．试管中还有残留的气体没有被吸收 B．外界空气中的水蒸气进入C装置中
C．样品中碳酸氢铵没有完全分解
（4）经同学们讨论，认为C中浓硫酸最好换成下列某种试剂，你认为该试剂是B．
A．水 B．稀硫酸 C．浓盐酸
（5）碳酸氢铵完全分解后，应该先断开C装置再移走酒精灯，原因是防止液体倒吸．
方案乙：取样10.0克，加水完全溶解配成试样溶液，放入如图所示装置中进行实验：

实验步骤：①按图连接仪器，检查装置气密性；②装入药品；③打开b处弹簧夹，从a处通入空气；④称量装置D及其中药品的质量；⑤关闭b处弹簧夹；⑥打开分液漏斗旋塞，滴入稀硫酸，直到无气泡产生；⑦----；⑧称量装置D及其中药品的质量．
（1）请补出上面步骤中缺少的步骤打开b处弹簧夹，缓缓通入空气．
（2）装置A中装入的试剂可能是氢氧化钠溶液，如果没有此装置，实验最后测出的化肥中氮元素质量分数偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（3）装置E的作用是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入D装置．
（4）实验中，该组同学测得反应后D装置及其中药品的质量增加了5.4g，则该化肥中氮元素的质量分数为17.2%．（保留1位小数）
在分析上述两种方案的优缺点后，老师提出了方案丙进行精确测定．
方案丙：①用电子天平准确称取2.000g化肥样品，装入锥形瓶中；②往锥形瓶中加入50mL浓度为0，.049g/mL的硫酸溶液，振荡，使其与样品完全反应；③加热煮沸；④冷却，滴入几滴混合指示剂；⑤往上述溶液中逐滴滴入浓度为0.040g/mL的氢氧化钠溶液，至锥形瓶中液体变为灰绿色（此时多余硫酸与氢氧化钠溶液恰好完全反应，硫酸铵未与氢氧化钠溶液反应），共用去25mL氢氧化钠溶液．试回答下列问题：
（1）用电子天平称样品时必须迅速，原因是防止碳酸氢铵吸收空气中的水蒸气．
（2）第③步中加热煮沸的目的是赶出溶液中的二氧化碳．
（3）第⑤歩加入氢氧化钠溶液发生反应的化学方程式为2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O．
（4）通过计算判断该碳酸氢铵化肥属于一级品还是二级品．

Answer 1

分析 方案甲：
碳酸氢铵受热分解生成氨气、水和二氧化碳；
碱石灰能够吸收水蒸气和二氧化碳；
氨气和稀硫酸反应生成硫酸铵；
方案乙：
氢氧化钠溶液能够吸收看中的二氧化碳；
测得反应后D装置及其中药品的质量增加了5.4g，说明反应生成了5.4g二氧化碳；
方案丙：
加热煮沸能使溶解在溶液中的二氧化碳逸出；
氢氧化钠和稀硫酸反应生成硫酸钠和水；
根据反应的化学方程式和提供的数据可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：（1）A装置中发生反应的化学方程式为：NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+CO₂↑+H₂O．
故填：NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+CO₂↑+H₂O．
（2）B装置的作用是吸收生成的二氧化碳和水．
故填：吸收生成的二氧化碳和水．
（3）A．试管中还有残留的气体没有被吸收，会导致测定结果偏小；
B．外界空气中的水蒸气进入C装置中时，会导致测定结果偏大；
C．样品中碳酸氢铵没有完全分解时，会导致测定结果偏小．
故填：B．
（4）C中浓硫酸最好换成稀硫酸，因为稀硫酸不能吸收空气中的水蒸气．
故填：B．
（5）碳酸氢铵完全分解后，应该先断开C装置再移走酒精灯，原因是能够防止液体倒吸．
故填：防止液体倒吸．
方案乙：
⑦打开b处弹簧夹，缓缓通入空气；⑧称量装置D及其中药品的质量．
故填：打开b处弹簧夹，缓缓通入空气．
（1）上面步骤中缺少的步骤是打开b处弹簧夹，缓缓通入空气．
故填：打开b处弹簧夹，缓缓通入空气．
（2）装置A中装入的试剂可能是氢氧化钠溶液，如果没有此装置，空气中的二氧化碳会进入D装置中，实验最后测出的化肥中氮元素质量分数偏大．
故填：偏大．
（3）装置E的作用是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入D装置．
故填：防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入D装置．
（4）设碳酸氢铵质量为m，
2NH₄HCO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，
158                            88
m                              5.4g
$\frac{158}{m}$=$\frac{88}{5.4g}$，
m=9.7g，
氮元素质量为：9.7g×$\frac{14}{79}$×100%=1.72g，
则该化肥中氮元素的质量分数为：$\frac{1.72g}{10.0g}$×100%=17.2%，
答：该化肥中氮元素的质量分数为17.2%．
方案丙：
（1）用电子天平称样品时必须迅速，原因是能够防止碳酸氢铵吸收空气中的水蒸气．
故填：防止碳酸氢铵吸收空气中的水蒸气．
（2）第③步中加热煮沸的目的是赶出溶液中的二氧化碳．
故填：赶出溶液中的二氧化碳．
（3）第⑤歩加入氢氧化钠溶液发生反应的化学方程式为：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O．
故填：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O．
（4）解：设NaOH消耗的硫酸质量为x，
2NaOH～H₂SO₄，
80              98
25mLx0.040g/mL  x
$\frac{80}{25mLx_{0}.040g/mL}$=$\frac{98}{x}$，
x=1.225g，
设样品中氮元素的质量为y，
50mLx0.049g/mL-1.225g=1.225g，
2N～2NH₄HCO₃～H₂SO₄
28            98
y           1.225g
$\frac{28}{y}$=$\frac{98}{1.225g}$，
y=0.35g，
样品中氮元素的含量为：$\frac{0.35g}{2.000g}$x100%=17.5%，
因为一级品含氮量≥17.10%，所以此样品为一级品．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．